22114

كاليبراسيون حسگرهاي خورشيد آنالوگ و مغناطيسي بر مبناي حذف رفتار غيرخطي، توزيع داده و تخمين باياس متغير با زمان

كارشناسي ارشد

كنترل

1397/12/26

دكتر حسين بلندي

برق

كاربرد حسگرهاي خورشيد آنالوگ و حسگر مغناطيسي در سيستم تعيين و كنترل وضعيت ماهواره به دليل سادگي ساختار، ارزاني و سبكي غير قابل انكار است. در كنار اين مزيت¬ها، خطاي قابل توجه اين حسگرها همواره سبب خطا در سيستم تعيين و كنترل وضعيت شده كه محدوديت استفاده از اين حسگرها را در مأموريت¬هاي مختلف به دنبال دارد. به دنبال حل اين مشكل، در اين پايان¬نامه، روش¬هاي جديدي براي كاليبراسيون حسگر خورشيد آنالوگ و حسگر مغناطيسي ارائه مي¬شود و در ادامه حلقه كنترل با استفاده از كنترل¬كننده پيش¬بين به منظور اعمال قيود چرخ عكس¬العملي و الگوريتم تخمين Quest بسته مي¬شود. سپس، اثر بهبود در خطاي تخمين مورد بررسي قرار گرفته مي-شود. چالش اصلي حسگر خورشيد آنالوگ، محدوديت ميدان ديد، دقت كم و رفتار غيرخطي يا به عبارتي توزيع غيرخطي خطا در ميدان ديد حسگر است. به منظور حل مشكلات اين حسگر، در بخش كاليبراسيون دو منبع خطاي جدي عبارتند از عدم نصب صحيح سلول¬هاي خورشيدي و رفتار غيرخطي كه علاوه بر افت دقت، سبب توزيع غيرخطي خطا در محدوده ميدان ديد مي¬شود. بدين منظور الگوريتمي ارائه مي¬شود كه منابع خطاي فوق را كاليبره كرده و خطا را در ميدان ديد حسگر خطي مي¬كند. در نهايت، نتايج شبيه¬سازي صحت الگوريتم پيشنهادي به همراه روش¬هاي كاليبراسيون ارائه شده را اثبات مي¬كند. همچنين با توسعه ناحيه خطي خطاي حسگر، كاليبراسيون بر روي مدار خطاي نصب و بردارهاي نرمال سلول¬هاي خورشيدي با به¬كارگيري الگوريتم حداقل مربعات انجام شده-است. به منظور بهبود دقت حسگر مغناطيسي، در اين پروژه كاليبراسيون زميني و روي مدار در دو مرحله موردبررسي قرار مي¬گيرد. كاليبراسيون روي زمين حسگر به منظور پاسخ به سوال "بهترين توزيع داده به منظور كاليبراسيون چيست؟" و "حداقل تعداد داده براي كاليبراسيون به چه ميزان است؟" ارائه مي¬شود. همچنين در ادامه با بررسي منابع موجود در اين زمينه مشاهده مي¬شود كه اثر جريان چرخ-هاي عكس¬العملي و پنل¬هاي خورشيدي بر روي كيفيت و دقت حسگر مغناطيسي مطرح نشده¬است. بنابراين در اين پروژه، هدف تخمين ضريب تأثير جريان چرخ عكس¬العملي بر روي دقت حسگر مغناطيسي در كنار باياس، خطاي تعامد، ضريب مقياس و ناهم¬محوري حسگر مغناطيسي است. بدين منظور با استفاده از الگوريتم گراديان نزولي و حداقل مربعات تخمين خواهيم زد.

1399/04/24

Calibration of Analoge Sun Sensor and Magnetometer with Elimination of Nonlinearity, Data Distribution and Variable Bias Estimation

3/17/2019 12:00:00 AM

The application of the Coarse Sun Sensors (CSS) and Magnetometers in the Attitude Determination and Control System (ADCS) of the small satellites is undeniable due to the some characteristics such as simplicity, cheapness and lightness. Beside the mentioned merits, the non-ignorable error of the sensors causes some limitation to be used in different missions. To solve that, in this thesis, some new methods for calibration of the CSS and magnetometer is suggested and then the advantage of the given methods on the improvements of the ADCS is investigated when using model predictive control (MPC) and QUEST algorithm as the control and estimation algorithm, respectively. The main challenges of the CSS are Field of View (FOV) limitation, inaccurate sun vector estimation and nonlinear behavior of the error distribution through the FOV. In this thesis, we propose some solution for the pointed challenges. To do that, we introduce an iterative algorithm based on the normal cell vector and solar cell characteristic calibration to improve the accuracy of the CSS. In this procedure, we calibrate the normal cell vectors coming from production stage as one of the novelties of this thesis. Furthermore, the given algorithm makes it possible to calibrate misalignment of the sun sensor in onboard calibration scheme. On the other hand, for magnetometer calibration, the on-board and ground based calibration is suggested in two separated point of view. The ground based calibration is given to answer the questions of “How many test data is suitable in the calibration scenario?” and “What is the optimal data distribution?”. In the on-board calibration scheme, we try to calibrate the reaction wheel and solar panel effects on the magnetometer. Overall, estimation of the scale factor parameter, constant bias parameter, and coefficient of reaction wheels current and coefficient of solar panel currents is given. After that, using accurate attitude knowledge, we can estimate the non-orthogonally matrix using least square algorithm.